[发明专利]一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法

说明书

一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向后，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度，依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。本方法通过改变传统的卸压孔垂直于煤壁的施工方向，将其施工在与应力环境中的空间最大主应力垂直的方向，使得卸压钻孔最大程度的发生变形，最大化降低了空间最大主应力值，极大地降低了工作面煤体冲击危险。

技术领域

本发明涉及一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，属于煤矿安全技术领域。

背景技术

随着煤炭需求量日益剧增，煤炭开采强度逐渐增大，许多矿区逐渐转入深部开采。随着开采深度的不断增加，巷道空间应力环境日趋复杂，矿压逐渐增大，冲击地压事故频繁发生。

由于应力的过高集中，其弹性势能的释放往往存在突发性的特点，易导致煤岩石的爆裂和弹射瞬间发生，对于煤矿安全生产存在极大安全隐患。利用钻孔卸压是解除应力集中的常见措施，钻孔卸压具有易于施工、对地质构造条件适用性强的优势，其通过在煤岩体内部通过变形或孔内冲击改变其周围的应力分布，起到释放巷道周围空间大量积聚的弹性势能的作用，对于保证深部煤层开采的安全具有重要意义。

目前，对于钻孔卸压技术的研究方向较为单一，在钻孔卸压布置参数对于卸压效果的影响研究中对于钻孔直径、钻孔间距、孔深、打钻时间等参数研究较多；另外，由于实际施工现场及大直径钻孔卸压施工标准均是要求垂直煤壁施工，未考虑钻孔参数与应力环境的关系，不能最大化发挥大直径钻孔的卸压作用，卸压效果不理想。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，该方法通过改变卸压钻孔施工方向，达到最大化发挥大直径钻孔的卸压效果，为煤矿冲击地压防治及高应力巷道卸压提供有效解决方法，降低工作面煤体冲击危险。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，包括如下步骤：

(1)基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向；

(2)根据步骤(1)中得到的空间最大主应力的方向，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向；

(3)根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度；

(4)依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。

进一步地，所述步骤(1)中，空间最大主应力的大小及方向通过应力解除法进行确定。

进一步地，所述步骤(2)中，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，所述卸压钻孔施工方向由卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角以及卸压钻孔施工方向与水平面的夹角共同确定，则有卸压钻孔施工角度的判定公式如下：

其中，ω为卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角，α为空间最大主应力方向与煤壁的夹角，且α为锐角，γ为煤壁的垂直方向与水平面的夹角，其面向顶板侧为正，面向底板侧为负，θ为卸压钻孔施工方向与水平面的夹角。

进一步地，所述步骤(3)中，卸压钻孔施工深度L的计算公式为：

L＝hcos^-1α；

其中，h为卸压钻孔施工深度L在垂直于煤壁方向上的投影长度。